طائرة بدون طيار صغيرة تعمل بالطاقة الشمسية
ترتبط القدرة على التحمل بـ "حيوية" الطائرة بدون طيار، ويعتبر توفير الطاقة الشمسية أحد الطرق المهمة لتحقيق القدرة على التحمل على المدى الطويل للطائرة بدون طيار.
نجح فريق بحثي بجامعة بيهانج في الصين في تطوير طائرة بدون طيار صغيرة تعمل بالطاقة الشمسية تزن 4.21 جرام فقط باستخدام نوع جديد من المحركات الكهروستاتيكية التي طورتها الجامعة بشكل مستقل لتحقيق طيران مستمر تحت ضوء طبيعي نقي. ونشرت النتائج في المجلة الأكاديمية الدولية Nature في 18 يوليو.
الطائرات بدون طيار الكبيرة التي تعمل بالطاقة الشمسية ليست جديدة، ولكن كيفية استخدام الطاقة الشمسية لدفع الطائرات بدون طيار الصغيرة كانت مشكلة في الصناعة. تستخدم الطائرات بدون طيار الحالية عادةً محركات كهرومغناطيسية تقليدية كمكونات للمحرك، على الرغم من أن معدل التحويل الحالي للألواح الشمسية منخفض، إلا أن الطائرات بدون طيار الكبيرة يمكنها تحميل مساحات كبيرة من الألواح الشمسية لتوفير طاقة حركية كافية؛ بالنسبة للطائرات بدون طيار الصغيرة، تزداد سرعة المحرك الكهرومغناطيسي وحرارته بعد التصغير، وينخفض معدل تحويل الطاقة بشكل حاد، في حين لا يتحمل جسم الطائرة حمولة مساحة كبيرة من الألواح الشمسية، مما يؤدي إلى عدم قدرتها على الطيران.
وتتمتع الطائرة بدون طيار الصغيرة بجناحين يصل طولهما إلى نحو 20 سنتيمترا، وهي مزودة بخليتين شمسيتين عاديتين يقل حجمهما عن نصف حجم اليد.
كيف يطير؟
"المفتاح هو نظام الطاقة". قال أستاذ كلية بيهانغ للطاقة وهندسة الطاقة إن الاعتبار الأساسي هو تقليل فقدان الحرارة لنظام الطاقة، بحيث يتم تحويل الطاقة الكهربائية المولدة بواسطة الخلايا الشمسية بكفاءة إلى طاقة حركية. اقترح الفريق بشكل مبتكر مخططًا جديدًا للدفع الكهروستاتيكي وطور محركًا كهروستاتيكيًا صغيرًا بسرعة منخفضة وحرارة أقل وكفاءة عالية لتحقيق الإقلاع والطيران المستمر للطائرات الصغيرة تحت إمداد الطاقة من الضوء الطبيعي النقي.
وقال البروفيسور إن السبب وراء قدرة المحركات الكهروستاتيكية على تقليل الحرارة هو أن الكهرباء الساكنة لها خصائص الجهد العالي والتيار المنخفض، وكلما كان التيار أصغر، قلت الحرارة. "إنها نفس الطريقة التي تعمل بها الكهرباء الساكنة عندما ترتدي الملابس في الشتاء. يمكن أن يصل جهد الكهرباء الساكنة على الملابس إلى آلاف أو حتى عشرات الآلاف من الفولتات، ولكن بسبب الشحنة الصغيرة والتيار الصغير، فإن الطاقة الكهربائية المولدة صغيرة، ولا تؤثر تقريبًا على جسم الإنسان". وقال إن الفريق طور خصيصًا محول طاقة عالي الجهد خفيف الوزن للغاية يزن 1.13 جرامًا فقط، مما زاد من الجهد الذي تولدها الخلية الشمسية من حوالي 4.5 فولت إلى 9000 فولت، مما أدى إلى إنشاء نظام كهروستاتيكي.
تستطيع الطائرة الشمسية الصغيرة بدون طيار تحقيق رحلة طويلة المدى، وبعد المزيد من التطوير في المستقبل، من المتوقع أن يتم تطبيقها في عمليات الإنقاذ في حالات الطوارئ والكشف في الأماكن الضيقة وغيرها من السيناريوهات.
